Потери и КПД асинхронного электродвигателя
Преобразование энергии в асинхронном двигателе, как и в других электрических машинах, связано с потерями энергии. Эти потери делятся на механические, магнитные и электрические.
Из сети в обмотку статора поступает мощность Р1. Часть этой мощности расходуется на покрытие магнитных потерь в сердечнике статора рс1, а также в обмотке статора на покрытие электрических потерь, обусловленных нагревом обмотки,
рэ1 = m1I12r1.
Оставшаяся часть мощности при помощи магнитного потока передается на ротор и поэтому называется электромагнитной мощностью
Рэм = Р1 - (рc1 + рэ1).
Часть электромагнитной мощности затрачивается на покрытие электрических потерь в обмотке ротора
рэ2 = m2I22r2 = m1I’22r’2.
Остальная часть электромагнитной мощности преобразуется в механическую мощность двигателя, называемую полной механической мощностью
Р’2 = Рэм - рэ2.
Таким образом, полная механическая мощность
Р’2 = m1I’22r’2[(1-s)/s] = рэ2[(1-s)/s].
Выполнив несложные преобразования, получим
рэ2[(1-s)/s] = Рэм - рэ2 и
рэ2= sРэм,
т.е. мощность электрических потерь в роторе пропорциональна скольжению. Поэтому работа асинхронного двигателя более экономична при малых скольжениях.
Следует отметить, что в роторе двигателя возникают также и магнитные потери, но ввиду небольшой частоты тока ротора (f2 = f1s) эти потери настолько малы, что ими обычно пренебрегают.
Механическая мощность на валу двигателя Р2 меньше полной механической мощности Р’2 на величину механических рмех и добавочных рд потерь
Р2 = Р’2 - (рмех + рд).
Механические потери в асинхронном двигателе обусловлены трением в подшипниках и трением вращающихся частей о воздух. Добавочные потери вызваны наличием в двигателе полей рассеяния и пульсацией поля в зубцах ротора и статора.
Таким образом, полезная мощность асинхронного двигателя
Р2 = Р1 - ∑р,
где ∑р – сумма потерь в асинхронном двигателе,
∑р = рс1 + рэ1 + рэ2+ рмех + рд.
Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя
η = Р2/ Р1 = 1 - ∑р/ Р1.
Благодаря отсутствию коллектора КПД асинхронных двигателей выше, чем у двигателей постоянного тока. В зависимости от величины мощности асинхронных двигателей их КПД при номинальной нагрузке может быть в пределах от 83 до 95% (верхний предел соответствует двигателям большой мощности).
Преобразование энергии в асинхронном двигателе, как и в других электрических машинах, связано с потерями энергии. Эти потери делятся на механические, магнитные и электрические.
Из сети в обмотку статора поступает мощность Р1. Часть этой мощности расходуется на покрытие магнитных потерь в сердечнике статора рс1, а также в обмотке статора на покрытие электрических потерь, обусловленных нагревом обмотки,
рэ1 = m1I12r1.
Оставшаяся часть мощности при помощи магнитного потока передается на ротор и поэтому называется электромагнитной мощностью
Рэм = Р1 - (рc1 + рэ1).
Часть электромагнитной мощности затрачивается на покрытие электрических потерь в обмотке ротора
рэ2 = m2I22r2 = m1I’22r’2.
Остальная часть электромагнитной мощности преобразуется в механическую мощность двигателя, называемую полной механической мощностью
Р’2 = Рэм - рэ2.
Таким образом, полная механическая мощность
Р’2 = m1I’22r’2[(1-s)/s] = рэ2[(1-s)/s].
Выполнив несложные преобразования, получим
рэ2[(1-s)/s] = Рэм - рэ2 и
рэ2= sРэм,
т.е. мощность электрических потерь в роторе пропорциональна скольжению. Поэтому работа асинхронного двигателя более экономична при малых скольжениях.
Следует отметить, что в роторе двигателя возникают также и магнитные потери, но ввиду небольшой частоты тока ротора (f2 = f1s) эти потери настолько малы, что ими обычно пренебрегают.
Механическая мощность на валу двигателя Р2 меньше полной механической мощности Р’2 на величину механических рмех и добавочных рд потерь
Р2 = Р’2 - (рмех + рд).
Механические потери в асинхронном двигателе обусловлены трением в подшипниках и трением вращающихся частей о воздух. Добавочные потери вызваны наличием в двигателе полей рассеяния и пульсацией поля в зубцах ротора и статора.
Таким образом, полезная мощность асинхронного двигателя
Р2 = Р1 - ∑р,
где ∑р – сумма потерь в асинхронном двигателе,
∑р = рс1 + рэ1 + рэ2+ рмех + рд.
Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя
η = Р2/ Р1 = 1 - ∑р/ Р1.
Благодаря отсутствию коллектора КПД асинхронных двигателей выше, чем у двигателей постоянного тока. В зависимости от величины мощности асинхронных двигателей их КПД при номинальной нагрузке может быть в пределах от 83 до 95% (верхний предел соответствует двигателям большой мощности).